燃油燃气锅炉选用分析及安全性评估

燃油燃气锅炉选用分析

葛升群　潘怒涛

陕西省锅炉压力容器检验所

1　前　言

随着我国经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，以及我国能源政策的变化和油、气产品的不断增长，各级政府对环保越来越重视，鼓励使用清洁能源已是大势所趋。近年来北京、上海、西安等城市相继出台了限制燃煤锅炉，提倡使用燃油燃气锅炉的政策，大大加快了燃油燃气锅炉的使用量。燃油燃气锅炉与燃煤锅炉相比，具有工作环境优美，大气污染轻，自动化程度高，劳动强度小，锅炉热效率高，占地面积小，燃烧易调节，安全可靠等特点，深受广大用户欢迎。

但是，燃油燃气锅炉并非十全十美，与燃煤锅炉相比，油容易着火，燃气中的许多成分含有毒性，对人体有很大的伤害。尤其是一氧化碳含量较高的燃气泄漏后，短时间内就会使人因缺氧引起头痛、眩晕，甚至窒息死亡。另外，某些气体燃料与空气在一定比例下混合会形成爆炸性气体。若使用不当，很容易引发火灾和爆炸事故。燃油燃气锅炉在我国使用历史较短，大家对其结构及其运行管理还了解不够，加之目前锅炉市场比较混乱，如果不注意，就会购回劣质锅炉，既浪费能源，又增大维修费用，甚至埋下安全隐患。为此笔者根据工作经验及有关资料，提出一些看法供大家参考。

选购锅炉的原则首先是看将要购买的锅炉是否符合国家有关法规和本地区的有关政策，以及本单位的实际需要。做到技术上先进，经济上合理，生产（生活）上适用，运行上安全可靠，具体讲考虑以下因素。

2　安全性

2.1　国内生产的锅炉

锅炉的设计应经锅炉压力容器监察安全部门审批。在购置锅炉时，应考察锅炉制造厂是否有锅炉压力容器安全监察部门颁发的制造许可证，且生产的锅炉是否在其制造许可证允许级别范围内。锅炉产品必须经过锅炉压力容器检验机构监督检验，在持证制造厂内选择具体的炉型时，应注意锅炉的设计图样及技术资料是否经过审批。在查收锅炉技术资料时应注意查看监督检验证书。

2.2　国外生产的锅炉

进口的国外锅炉产品生产厂商必须取得中华人民共和国颁发的安全质量许可证书，并附有与安全质量有关的随机文件，包括：锅炉图样、受压元件的强度计算书、产品质量证明书（含出厂合格证明书、金属材料证明、焊缝探伤证明或焊接质量证明、水压试验证明）、使用安装说明书、安全阀排量的计算书等。额定压力大于或等于3.8Mpa的锅炉还有相应更高的要求。

2.3　关于卧式内燃锅壳锅炉的结构

卧式内燃锅壳锅炉的结构中有两处对锅炉安全运行至关重要：①炉胆与锅炉前、后管板或回燃室的焊接连接，尤其是处在高温区的焊接连接形式，是采用T形接头还是扳边对接接头；②炉胆是采用直炉胆、直炉胆带膨胀节，还是全波纹炉胆。

卧式内燃锅壳锅炉的炉胆与锅炉前、后管板或回燃室的T形接头连接，可节约材料，耗工时少，成本较低，国外普遍采用。但是这种角焊结构不易焊透，焊缝射线探伤拍片困难，焊接质量难以保证，国内已发现多起这种T形接头撕裂现象。因此，我国从1996年版《蒸汽锅炉安全技术监察规程》开始，到1997年2月、5月分别对热水锅炉、进口锅炉，做出了同样的强制规定：“卧式内燃锅壳锅炉炉胆与回燃式（湿背式）、炉胆与后管板（干背式）、炉胆与前管板（回燃室）的连接处，不得采用T形接头连接”（见图1）。

卧式锅壳锅炉平直炉胆由于使用中产生温差应力，对炉胆两端与管板或回燃室焊接接头处造成很大的集中应力，其计算长度分别规定有2m和3m的限制。直炉胆带膨胀节则可缓和一些温差应力和轴向力，但膨胀节也受厚度、锅炉压力的限制，且疲劳寿命不长。全波纹炉胆则增加了炉胆强度，可减小其厚度，改善传热效果，并增加了受热面，大大降低热应力，是优良的炉胆结构。一些用户因对上述规定不了解，盲目引进的锅炉因不符合我国《规程》的要求，造成了很大的麻烦和浪费。

2.4　关于防爆门的装置

燃油燃气锅炉因操作不当或自动控制失灵均可能引起炉膛爆炸事故（主要是水管锅炉）。在所有事故中，以锅炉点火过程中发生的事故最多。对燃油锅炉，约占炉膛、烟道爆炸事故的50％以上；而对燃气锅炉则占70％以上。主要原因是锅炉点火前，当因某种原因燃料漏入炉膛（如阀门不严，误操作使燃料阀门先开，一次点火不着等），而又未对炉膛、烟道进行吹扫或吹扫时间不够，风量不足时，则点火时会发生爆炸。锅炉运行中由于熄火引起爆炸的事故，在燃油锅炉中较多，因为燃油锅炉在运行中熄火的可能性较大。在燃气锅炉中，这类事故多发生在燃烧器前燃气压力或风压波动太大引起脱火或回火的情况下，当锅炉燃烧不良时，可燃气体进入锅炉后部烟道，与后部烟道漏入的空气混合形成的爆炸性气体（负压运行的锅炉），在高温作用下，可能引起二次燃烧或爆炸。目前燃油燃气锅炉虽均装置有可靠的点火程序控制、熄火自动保护装置和其他连锁保护装置，但实际上烟道可能存在烟气冲刷的死角，实际运行过程中也可能引起二次燃烧，导致炉膛爆炸事故，波及烟道系统。1996年上海连续发生三起燃油燃气锅炉炉膛爆炸事故，波及烟道。《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第58条明确规定：“额定蒸发量小于或等于75t/h的水管锅炉，当采用煤粉、油或气体作燃料时，在炉膛和烟道等容易爆燃的部位一般应设置防爆门。防爆门的设置应不致危及人身的安全。”因此，对未装防爆门的锅炉，应向供货厂商提出防爆门的要求，以保障锅炉安全运行。

图1　不允许采用T形接头连接的部位

2.5　安全附件

随锅炉配套供应的各类辅机、自控装置、安全保护装置、阀门等的品牌、规格和数量应有详细的清单和说明。进口锅炉采用螺纹连接的弹簧式安全阀时，安全阀应与带螺纹的短管连接，而短管与锅筒或集箱应焊接连接。蒸汽锅炉采用的弹簧式安全阀应是全启式结构。卧式锅壳锅炉的排污管直径不应小于40mm。

2.6　热水锅炉的安全

热水锅炉按其运行工况，分承压和常压两类。常压锅炉其本体必须开孔或者用连通管与大气相通，在任何情况下，保证锅炉本体顶部表压为零。排气孔的当量直径不得小于下式的计算值。

式中：D_d为排气孔的当量直径，mm；Q为锅炉额定供热量，MW。(www.xing528.com)

所有锅炉均可自动化运行，故对燃烧系统的熄火保护装置、自动点火程序装置、温度、压力、水位等控制，应确保其灵敏和可靠，有压热水锅炉与蒸汽锅炉均应有整套控制系统和安全连锁保护装置。

3　技术经济性

3.1　选择锅炉的经济分析

选择锅炉，应从技术先进性和经济合理方面作比选。进口锅炉一次性投资高，一般具有技术先进、自动化程度高、锅炉热效率高于国产锅炉等优点。通过正确的技术经济比较，如从节能上考虑在三年内能收回进口锅炉与国产锅炉的差价，而业主又能承受一次性投资时，宜选用进口锅炉。其实，我国近几年燃油燃气锅炉发展很快，锅炉制造工艺及其规模并不逊色于进口锅炉，只是在所配置的燃烧器自动化系统、自控和保护等方面存在差距，此差距正在缩小。目前大多数国产燃油燃气锅炉配置的是进口名牌燃烧器和自动控制系统，可以说和进口锅炉没有什么差别，售后服务也能使用户满意，但在价格上有明显的优势（价格为进口同类锅炉的三分之二到二分之一）。

无论选择进口还是国产的锅炉，应让使用过的用户和数据来证明，其中一条便是锅炉出厂前调试或实际运行测试报告的热效率，在燃油燃气锅炉中最主要的损失是排烟热损失，它决定于排烟温度和排烟量。了解锅炉的排烟温度和过剩空气系数，根据下列公式可以估算排烟损失，证实厂家提供的热效率是否真实。

式中：q₂为排烟损失，％；α_py为排烟的过剩空气系数；t_py为排烟温度，℃；t_lk为冷空气温度，℃。

在不同的排烟过剩空气系数和不同的排烟温度下，假定冷空气温度20℃，按上式就可以计算排烟热损失。表1给出了部分计算结果。

表1　过剩空气系数和排烟温度对排烟热损失q₂的影响

从上述结果可以看出：当排烟温度在150℃，过剩空气系数每增加0.1，排烟热损失将增加0.5％左右。排烟温度越高，排烟热损失增加的也越多。当排烟过剩空气系数为1.30时，排烟温度每增加10℃排烟热损失将增加0.5％左右。由此可见，过剩空气系数和排烟温度是影响锅炉热效率的重要因素。

节约能源是锅炉很重要的一个方面，锅炉的节能指标主要是看锅炉的热效率。所以，选择的锅炉热效率必须符合国家相关法规及标准要求。

3.2　锅炉结构型式的选择

是选择大容量的锅壳锅炉还是选择多台较小容量火管锅炉或整装和组装水管锅炉时，应进行技术经济、运输等综合比较。锅壳式锅炉的高、宽度较小，适合组装化对外形尺寸的要求。采用微正压燃烧时，密封问题比较容易解决，而且火筒的形状有利于燃油燃气锅炉的火焰形状，对水处理要求较低，水体积较大，对负荷变化的适应性强。水管锅炉能适应锅炉参数（工作温度和压力）提高的要求，有更高的安全裕度，水管锅炉的汽包不承受直接的辐射和火焰冲击，安全性较高，另外其承受直接辐射和火焰冲击的受热面管件，如果发生爆管事故也比锅壳式锅炉炉胆发生破裂的危害程度小，水管锅炉热效率高，维修较容易，但水管锅炉对水质要求较高，安装时间较长。

3.3　燃料类别要和燃烧设备相匹配

使用的燃料应有必要的分析资料，如燃料的发热量，油料的密度、黏度、闪点等，燃气的供气压力和密度等。燃烧器输出功率应与锅炉额定出力相匹配，并要有一定的裕度，燃烧器调节幅度要大，并能适应锅炉负荷变化的需要。燃烧器功能一般分为二段火、三段火和无级调节三种形式，以无级调节为最好，三段火较好，二段火一般。了解燃烧器火焰的形状，如长度和直径，使之与炉膛结构相适应，保证在不同工况下完全稳定地燃烧。应对燃烧器的品牌、性能、价格、使用寿命等进行综合比较，保证运行可靠，便于调节控制和修理，易于实现燃烧过程自动化控制。燃油雾化消耗的能量和调风装置阻力要小，烟气排放和噪声必须符合环保标准的要求，主要是SO₂、CO和NO_x的排放量必须低于国家的标准规定，建议选择低NO_x和低噪声的燃烧器。

3.4　锅炉额定蒸发量（供热量）和台数

一般锅炉的经济负荷（即这个负荷下锅炉的热效率）为额定蒸发量（供热量）的80％左右，若低于此负荷运行，则会造成浪费。作为设计指标，锅炉有超短期110％额定蒸发量（供热量）的能力，但长期超负荷运行，锅炉的热效率会显著下降，使蒸汽品质变坏，炉温升高导致结焦，影响锅炉安全经济运行，并会缩短使用寿命。因此，选择锅炉容量要超出所需热负荷的数值。如某单位家属区供暖需要4.5MW～5MW的供热量，我们选择锅炉时就应考虑5.6MW的锅炉。

锅炉的总容量确定后，即可确定锅炉的台数。为了锅炉房供热的可靠性和便于调整，锅炉房内不宜只选择1台，宜选用2台或2台以上，如上例就可选2台2.8MW的锅炉。

3.5　锅炉外形尺寸及重量的要求

应注意进口锅炉的本体尺寸及单台重量是否符合我国有关运输方面的规定。如我国沿海某地已进口的火管锅炉中，其中最大蒸发量为30t/h，按锅炉结构，单火筒的火管锅炉最大蒸发量为23.5t/h，双火筒的火管锅炉最大蒸发量为30t/h。但此种锅炉锅壳直径将达到4.5m以上，锅壳壁厚也达到30mm左右，运输重量约为60t，如运入我国内地，汽车拖载路径的某些桥梁难以承载。如上海杨浦大桥限制通行车辆的总重量小于55t。

4　环保要求

要求厂商提供锅炉尾部排烟温度及微正压的压力参数和排放锅炉烟气污染物中SO₂，NO_x的含量。前者与烟道阻力有关，如果水平烟道长达数十米再接至高层附壁烟囱时，则应对烟道阻力进行核算，以便向厂商提出锅炉尾部排烟背压的具体要求。一般排烟温度为锅炉饱和蒸汽温度加40～50℃。后者要满足环保部门制订的排放标准中SO₂和NO_x的最高允许排放量要求。

保证燃油完全燃烧的主要条件是良好的雾化质量和合理的配风，天然气完全燃烧的条件是天然气与空气的均匀混合，否则空气不足锅炉还会冒黑烟。因此在购置锅炉时，选择性能良好的燃烧器也很关键。

（注：该论文发表于《西安能源》2002年第1期）